JPH06342558A

JPH06342558A - 情報記録方法及び情報記録媒体

Info

Publication number: JPH06342558A
Application number: JP14990093A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yoshino; 治吉野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】デジタル化した音声信号が記録される主記録
領域（オーディオエリア）と、この主記録領域に付随し
た補助記録領域（サブコードエリア）とを有する情報記
録媒体（例えば、ＣＤ：コンパクトディスク）を使用し
た情報記録方法を改良して、互換性を維持しつつ高品質
な記録再生を可能とする。【構成】ＣＤ・ＤＡのサンプリング周波数（44.1kHz
）でデジタル化した音声信号をオーディオエリアに記
録する（ステップ１０２，１０３）。ナイキスト周波数
（22.05kHz）以上の帯域の情報信号を分割して（ステッ
プ１０４）、これを圧縮符号化してサブコードエリアに
記録する（ステップ１０５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンパクトディスク
（ＣＤ：Compact Disc）のような、主記録領域（オーデ
ィオエリア）と補助記録領域（サブコードエリア）とを
有する情報記録媒体による情報記録方法に係り、情報信
号（例えば、音声信号のようなアナログ信号）をデジタ
ル化して記録する場合、ナイキスト周波数以上の信号の
成分をも記録するようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】現在のオーディオ用コンパクトディスク
（ＣＤ・ＤＡ：Compact Disc DigitalAudio）では、そ
のサンプリング周波数が44.1kHz に設定されている。し
たがってナイキスト理論によれば、折り返し歪みなしに
録音再生できる最高周波数（ナイキスト周波数）は22.0
5kHzとなる。しかし、実際には折り返し歪みを除くため
に必要とされるローパスフィルタの特性によって、約20
kHz 程度までのオーディオ信号（音声）が再生されてい
るすぎない。従来より、人間の聴覚上聞くことのできる
オーディオ信号の周波数の上限は20kHz 程度までとさ
れ、この点に基づいてＣＤ・ＤＡのサンプリング周波数
は44.1kHz とされ、ディジタルオーディオテープレコー
ダ（ＤＡＴ）のサンプリング周波数は48kHz とされてい
た。

【０００３】しかし、ここ数年来、20kHz 以上の周波数
成分も、人間のオーディオ信号の知覚に影響を及ぼして
いるとの研究報告がなされている。こうした研究に鑑み
て、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）時に、ＤＡＣの
方法を工夫し、20kHz 以上のオーディオ信号が再現され
るようにしたＣＤ・ＤＡプレーヤがあり、実際に販売さ
れている（例えば、JAS Journal 誌の1992年 3月号31〜
36頁記載の「レガートリンクコンバージョン」参照）。
また、ＤＡＴプレーヤでは96kHz サンプリングによるも
のも販売されており、20kHz 以上の周波数成分を再生し
ようという試みがいろいろとなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうしたＤＡ
Ｃによる20kHz 以上の再生音は、あくまで20kHz 以下の
周波数のオーディオ信号から推測された、ＣＤディスク
には記録されていない音にすぎず、実際のオーディオ信
号を再生しているわけではない。また、96kHz サンプリ
ングのＤＡＴでは、従来の48kHz サンプリングのＤＡＴ
と互換性を保つことができず、サンプリング周波数を変
更することは得策ではない。そこで本発明は、例えばＣ
Ｄシステムに利用しても、従来のＣＤシステムとの互換
性が保たれ、かつ、20kHz 以上のオーディオ信号を推測
されたオーディオ信号としてではなく、実際のオーディ
オ信号として再生することが可能な、情報記録方法（及
び情報記録媒体）を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、例えば、図１のステップ１０４，１０５に
示すように、所定のサンプリング周波数（ＣＤ・ＤＡの
サンプリング周波数44.1kHz ）でデジタル化した情報信
号（音声信号）が記録される主記録領域（オーディオエ
リア）と、この主記録領域に付随した補助記録領域（サ
ブコードエリア）とを有する情報記録媒体（例えば、Ｃ
Ｄ：コンパクトディスク）による情報記録方法であっ
て、前記サンプリング周波数で決定されたナイキスト
周波数以上（ＣＤ・ＤＡのサンプリング周波数44.1kHz
に対応した最高周波数で、22.05kHz以上）の周波数帯域
の情報信号については、これを符号化（圧縮符号化）し
て前記補助記録領域に記録するようにしたことを特徴と
する情報記録方法を提供するものである。

【０００６】

【作用】上記のように構成された情報記録方法によれ
ば、ナイキスト周波数以下の周波数帯域の情報信号は、
通常のＣＤ・ＤＡと同様に主記録領域（オーディオエリ
ア）に記録され、さらに、ナイキスト周波数以上の周波
数帯域の情報信号が、補助記録領域（サブコードエリ
ア）に記録される。そして、再生するシステムに応じ
て、主記録領域（オーディオエリア）のみの通常の信
号、または、主記録領域（オーディオエリア）と補助記
録領域（サブコードエリア）から高品質な信号が復調さ
れ再生される。

【０００７】

【実施例】本発明になる情報記録方法及び情報記録媒体
の一実施例を以下図面と共に詳細に説明する。図１は情
報記録方法を示すフローチャート、図２は記録された情
報を再生する方法を示すフローチャートである。なお、
情報信号は音声信号（アナログのオーディオ信号）と
し、これをＣＤ（コンパクトディスク）に記録する場合
を例として説明する。ＣＤは、音声信号をサンプリング
周波数44.1kHz でデジタル化し（ＣＤ・ＤＡ：コンパク
トディスク・デジタルオーディオの場合）、このデジタ
ル信号が記録される主記録領域（オーディオエリア）
と、この主記録領域に付随した補助記録領域（サブコー
ドエリア）とを有する周知の光記録媒体である。ＣＤの
補助記録領域（サブコードエリア）については、オーム
社刊「コンパクトディスク読本」，コロナ社刊の「ＣＤ
プレーヤ入門」などに詳述されている。

【０００８】（情報記録方法）最初に、図１を参照して
情報記録方法を説明する。記録の対象とされるオーディ
オ信号（アナログ信号）は、折り返し歪み防止のための
ローパスフィルタを通過させられて、ＣＤ・ＤＡのサン
プリング周波数（fs=44.1kHz）よりも高い周波数（例え
ば、２倍のサンプリング周波数であるFs=88.2kHz）でサ
ンプリングされる（ステップ１００）。サンプリングさ
れた信号は、帯域分割フィルタを通過させられて、ＣＤ
・ＤＡのナイキスト周波数22.05kHz以下の周波数帯域
（すなわち、ＣＤ・ＤＡのサンプリング周波数の２分の
１以下の帯域）と、ＣＤ・ＤＡのナイキスト周波数22.0
5kHz以上の周波数帯域とに分割される（ステップ１０
１）。

【０００９】そして、ＣＤ・ＤＡのナイキスト周波数2
2.05kHz以下の信号を２分の１ダウンサンプリングし
て、サンプリング周波数fsをＣＤ・ＤＡと同じである4
4.1kHz とする（ステップ１０２）。一方、ＣＤ・ＤＡ
のナイキスト周波数22.05kHz以上の帯域の信号は、後述
するデータ圧縮手法により、サブコードエリアに記録で
き得るデータ量となるように圧縮符号化する（ステップ
１０４）。

【００１０】そして、２分の１ダウンサンプリングした
ＣＤ・ＤＡのナイキスト周波数22.05kHz以下の信号を
（これは通常のＣＤ・ＤＡに記録されているオーディオ
信号と同等である）、ＣＤ・ＤＡのオーディオエリア
（主記録領域）に記録する（ステップ１０３）。一方、
圧縮符号化されたＣＤ・ＤＡのナイキスト周波数22.05k
Hz以上の信号は、サブコードエリア（主記録領域に付随
した補助記録領域）記録される（ステップ１０５）。こ
のようにして、通常のＣＤ・ＤＡとの互換性が維持され
たまま、ナイキスト周波数22.05kHz以上の周波数帯域の
オーディオ信号が補助記録領域（サブコードエリア）に
記録された情報記録媒体（ＣＤ）が得られる。

【００１１】（情報再生方法）次に、図２を参照して情
報の再生方法について説明する。ＣＤのオーディオエリ
ア（主記録領域）に記録された信号を再生して、２倍オ
ーバサンプリングし、サンプリング周波数fs=88.2kHzと
する（ステップ２００，２０１）。一方、ＣＤのサブコ
ードエリア（主記録領域に付随した補助記録領域）から
読み出した信号を復号伸張する（ステップ２０２，２０
３）。そして、両信号を帯域合成フィルタで合成し（ス
テップ２０４）、サンプリング周波数fs=88.2kHzでＤ／
Ａ変換（デジタルアナログ変換）し、アナログのオーデ
ィオ信号が再生される（ステップ２０５）。この再生さ
れたオーディオ信号は、通常のＣＤ・ＤＡのナイキスト
周波数22.05kHz以上の信号をも含む、高品質なものであ
る。また、通常のＣＤ・ＤＡシステムでオーディオ信号
のエリア（主記録領域）に記録された信号のみを再生す
ることも可能である。この場合では、ナイキスト周波数
22.05kHz以下の、通常の信号（音声）が再生されるにす
ぎない。次に、現行のＣＤ規格（例えば、ＣＤ＋ＭＩＤ
Ｉ）に沿った、サブコード（サブコードエリア）への具
体的な記録方法を説明する。

【００１１】（圧縮符号化を利用した具体的な記録方
法）現在のＣＤ・ＤＡのサブコード（サブコードエリ
ア）に関しては、ＣＤーグラフィクス（ＣＤーＧ）やＣ
Ｄ＋ＭＩＤＩ（Musical Instruction DigitalInterface
）といった標準の規格があり、これらの規格はＣＤ規
格を決定している「Red Book」などによって詳細に規定
されている。そこで、ＣＤ＋ＭＩＤＩの規格を例とし
て、サブコードエリアへの具体的記録方法を詳述する。
これらのＣＤ規格に則ると、例えばＣＤ＋ＭＩＤＩの場
合に転送できるデータ量は、3125バイト／s ×8 ビット
＝25000 ｂ／ｓである。このデータ量は、ＣＤ・ＤＡの
オーディオ信号のオーディオエリアのデータ容量（4410
0 ワード／s ×16ビット×2 チャンネル＝1411200 ｂ／
ｓ）に比べれば、はるかに少ない記録容量である。

【００１２】しかし、一般的なオーディオ信号の特徴と
して、低域部分にエネルギが集中し、高域に行くにした
がって、そのエネルギは減少するといえる。よって、高
域成分には20kHz までの帯域に割り当てられている16ビ
ット（ＣＤ・ＤＡの場合）ものビット数は必要ではな
い。そこで、オーディオ信号は低域にエネルギが集中す
る傾向があることや、直交変換などを利用した圧縮技術
により、データ量の削減を行い、高域成分（ナイキスト
周波数22.05kHz以上の信号）のデータを上述したサブコ
ードに記録することは十分に可能である。次に、サブコ
ードに記録する高域成分のオーディオ信号の圧縮・伸長
方法について具体的な一例を説明する。

【００１３】（圧縮及び伸張の方法）圧縮符号化は、前
述した図１に示したステップ１０４でなされるもので、
図３に示すステップ１０４ａ〜１０４ｅからなる。最初
に、帯域分割後の高域の信号（図１のステップ１０１参
照）を適当な点数で切り出す（ステップ１０４ａ）。そ
して、直交変換を行い時間領域での信号表現から周波数
領域での信号表現（スペクトル）に変換する（ステップ
１０４ｂ）。例えば、ここでは直交変換として離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）とする。ＤＣＴの高速アルゴリズム
が使用できるように切り出し点数を２のべき乗の値、例
えば２の１１乗＝2048点とし、これを１フレームとす
る。切り出した2048点のオーディオデータに対してＤＣ
Ｔを施し、2048点の周波数領域表現のデータ（スペクト
ル）を得る。このとき、サブコード記録する対象となる
帯域分割された信号には、Fs／4 以下の信号は含まれて
いないから（Fs＝２fs=88.2kHz）、圧縮の対象とするの
は、Fs／4 〜Fs／2 （fs／2 〜fs）の帯域で充分であ
る。

【００１４】ここで使用可能ビット数について考えると
2048／88200 ×25000 となり、約580 ビットとなる。し
かし、使用できるビットのうちで、量子化のための最大
値や使用ビット数のいわゆる付加情報も記録する必要が
ある（ステップ１０４ｃ）。そこでこうした付加情報を
１フレーム当たり、例えば最大値で４ビット、使用ビッ
ト数で４ビット用いたとすると、残りは約572 ビット／
フレームとなる。

【００１５】次に記録するスペクトルの選択について説
明する。聴感上の影響が大きいと考えられものは、 (a)
周波数の低いもの、 (b)パワーの大きいものであり、こ
の基準でスペクトルを選択する。つまり、図４のような
選択基準を用いて、数値の小さい順にスペクトルを選択
していけば良い。実際にスペクトルを表現するためには
スペクトルの「大きさ」と「位置」の情報が必要であ
る。そこでこれら２つを１組と考え、例えば大きさのビ
ット数が４ビット、位置のビット数が４ビットとする
と、表現できるスペクトルは約71本となる（ステップ１
０４ｄ）。なお、人間の聴覚上の特徴として高い周波数
の分解能は低域程細かくないから、位置情報の精度はそ
れ程細かくする必要はない。付加情報をもとにスペクト
ルデータを量子化する（ステップ１０４ｅ）。こうし
て、サブコードに納まるデータ量とした結果を、サブコ
ードに記録する。

【００１６】また、伸張復号（伸張再生）は、前述した
図２に示したステップ２０３でなされるもので、図５に
示すステップ２０３ａ〜２０３ｃからなる。伸張再生時
には、サブコードから読み出した付加情報およびスペク
トルの大きさ、位置情報をもとに逆量子化してスペクト
ルを再現する。スペクトルの情報がないものは全て０と
して扱い、2048点のスペクトルを得る（ステップ２０３
ａ）。逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）を施し、時間領
域表現の2048点のデータを得る（ステップ２０３ｂ）。
このようにして、サブコードエリアから読み出した信号
が伸張復号される（ステップ２０３ｃ）。そして、前述
した図２で説明した情報再生方法のようにして、オーデ
ィオ信号のエリアから再生された信号と、このサブコー
ドエリアから復号伸張された信号とが、帯域合成フィル
タで合成されて、最終的な音声として再生される。

【００１７】なお、ここで記した手法はあくまでも一例
であり、例えば直交変換の代わりにフィルタバンクによ
る帯域分割でも構わないし、さらに、聴覚マスキングな
どの人間の聴覚的な特徴を利用しても一向に構わない。
また、直交変換はＤＣＴのみならず離散フーリエ変換な
ど直交変換であれば何であっても構わない。また、ステ
レオ信号の場合、それぞれのチャンネルを独立に考える
のであれば、１チャンネル当たりに使用できるビット数
は半分になる。ただし、ＬＲ（左右）間の相関を利用す
るなどして１チャンネル当たりのデータ量を増やすこと
は十分に可能である。

【００１８】（予測符号化による圧縮と伸張）次に、ナ
イキスト周波数22.05kHz以上の信号に対して、その予測
符号化を行って、データ量の少ないサブコードでより高
品位な情報の記録再生する方法について説明する。これ
までの実施例では、ナイキスト周波数22.05kHz以下の信
号と、ナイキスト周波数22.05kHz以上の信号とを全く独
立に考えている。しかし、音楽信号の場合では、信号と
しての相関性があるから、22.05kHz以下の信号から22.0
5kHz以上の信号を推定することがある程度可能である
（例えば、従来例で説明した「レガートリンクコンバー
ジョン」参照）。したがって、その推定精度が良い音楽
信号の場合などでは、実際の信号と推定された信号との
差分を算出し、その差分のみを記録することにより、よ
り多くのナイキスト周波数22.05kHz以上の信号成分を記
録することが可能となる。

【００１９】また、差分量が実際の信号のデータ量より
も多くなる時は、差分データではなく実際の信号のデー
タを記録する方がより効率的である。この場合、記録す
るデータを「差分データ」「実際のデータ」とフレーム
毎に区分けして記録できるように、フレーム毎に判定フ
ラグが１ビット設けておく。

【００２０】以上の各実施例で詳述したように、サブコ
ードエリアを利用することにより、オーディオエリア
（主記録領域）に記録されるデジタル情報信号のナイキ
スト周波数以上の帯域の信号も、記録再生することが可
能となり、従来ＣＤ・ＤＡよりも、よりHiFiなオーディ
オ信号を楽しむことが可能となる。また、サブコードエ
リアを利用したので、従来の再生機との互換を保つこと
も可能である。

【００２１】なお、本実施例ではＣＤ・ＤＡを例に記述
したが、サブコードエリアを有しディジタルオーディオ
信号を記録再生するメディア、例えばＤＡＴ（ディジタ
ルオーディオテープレコーダ），ＤＣＣ（ディジタルコ
ンパクトカセット），ＭＤ（ミニディスク）なども使用
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる情報
記録方法及び情報記録媒体によれば、従来のシステムと
の互換性を維持したまま、ナイキスト周波数以上の情報
も記録でき、例えばＣＤ・ＤＡのようなデジタルオーデ
ィオ信号の記録に使用すれば、高品質な音声信号を記録
再生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる情報記録方法の一実施例を示すフ
ローチャートである。

【図２】記録された情報の再生方法を示すフローチャー
トである。

【図３】圧縮符号化の一例を示すフローチャートであ
る。

【図４】スペクトラムの選択を説明する図である。

【図５】伸長復号化の一例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０４ナイキスト周波数以上の周波数帯域の情報信号
を符号化するステップ、１０５符号化したナイキスト周波数以上の周波数帯域
の情報信号を補助記録領域（サブコードエリア）に記録
するステップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のサンプリング周波数でデジタル化し
た情報信号が記録される主記録領域と、この主記録領域
に付随した補助記録領域とを有する情報記録媒体による
情報記録方法であって、前記サンプリング周波数で決定されたナイキスト周波数
以上の周波数帯域の情報信号については、これを符号化
して前記補助記録領域に記録するようにしたことを特徴
とする情報記録方法。
【請求項２】サンプリング周波数で決定されたナイキス
ト周波数以上の周波数帯域の情報信号については、これ
を圧縮符号化して補助記録領域に記録するようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の情報記録方法。
【請求項３】ナイキスト周波数以下の情報信号からナイ
キスト周波数以上の信号を推定し、実際の情報信号との
差分を算出して、その差分を符号化して補助記録領域に
記録するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
情報記録方法。
【請求項４】記録媒体としてコンパクトディスク（Ｃ
Ｄ）を用いて、ナイキスト周波数以上の音声信号を圧縮
符号化してサブコードエリアに記録するようにしたこと
を特徴とする請求項１〜請求項３に記載の情報記録方
法。
【請求項５】所定のサンプリング周波数でデジタル化し
た情報信号が記録される主記録領域と、この主記録領域
に付随した補助記録領域とを有する情報記録媒体であっ
て、前記サンプリング周波数で決定されたナイキスト周波数
以下の周波数帯域の情報信号が、記録された主記録領域
と、前記サンプリング周波数で決定されたナイキスト周波数
以上の周波数帯域の情報信号が、圧縮符号化されて記録
された補助記録領域とからなることを特徴とする情報記
録媒体。